Academia Regală Suedeză de Științe a acordat Premiul Nobel pentru Fizică 2025 lui John Clarke (SUA), Michel H. Devoret (SUA) și John M. Martinis (SUA) „pentru descoperirea tunelului cuantic macroscopic și a cuantizării energiei într-un circuit electric”.
Cei trei cercetători au reușit ceva spectaculos: au observat efecte cuantice într-un circuit electric suficient de mare încât să-l poți ține în mână. Cu alte cuvinte, au arătat că regulile ciudate ale fizicii cuantice, de obicei aplicabile la nivelul atomilor sau particulelor foarte mici, pot apărea și la scară vizibilă. Mecanica cuantică permite unei particule să treacă direct printr-o barieră de energie, printr-un proces numit „tunel cuantic”. Conform legilor fizicii clasice, acest proces nu ar putea să aibă loc.
Experimentele laureaților Nobel au arătat că proprietățile cuantice pot fi observate însă și la scară macroscopică.
„E uimitor că mecanica cuantică, veche de un secol, încă ne oferă surprize și tehnologii noi”,a spus Olle Eriksson, președintele Comitetului Nobel pentru Fizică.
Experimentele lor pe un cip au dezvăluit fizica cuantică în acțiune
O întrebare majoră în fizică este dimensiunea maximă a unui sistem care poate demonstra efecte mecanice cuantice. Laureații Premiului Nobel din acest an au efectuat experimente cu un circuit electric în care au demonstrat atât tunelarea mecanică cuantică, cât și nivelurile de energie cuantizate într-un sistem suficient de mare pentru a fi ținut în mână.
Mecanica cuantică permite unei particule să se deplaseze drept printr-o barieră, folosind un proces numit tunelare. De îndată ce este implicat un număr mare de particule, efectele mecanicii cuantice devin de obicei nesemnificative. Experimentele laureaților au demonstrat că proprietățile mecanicii cuantice pot fi concretizate la scară macroscopică.
În 1984 și 1985, John Clarke, Michel H. Devoret și John M. Martinis au efectuat o serie de experimente cu un circuit electronic construit din supraconductori, componente care pot conduce curentul fără rezistență electrică. În circuit, componentele supraconductoare erau separate de un strat subțire de material neconductor, o configurație cunoscută sub numele de joncțiune Josephson. Prin rafinarea și măsurarea tuturor proprietăților circuitului lor, au reușit să controleze și să exploreze fenomenele care apăreau atunci când trecea un curent prin acesta. Împreună, particulele încărcate care se mișcau prin supraconductor formau un sistem care se comporta ca și cum ar fi fost o singură particulă ce umplea întregul circuit.
Acest sistem macroscopic, asemănător unei particule, se află inițial într-o stare în care curentul curge fără nicio tensiune. Sistemul este prins în această stare, ca și cum s-ar afla în spatele unei bariere pe care nu o poate traversa. În experiment, sistemul își arată caracterul cuantic reușind să scape de starea de tensiune zero prin tunelare. Starea modificată a sistemului este detectată prin apariția unei tensiuni.
Laureații au putut demonstra, de asemenea, că sistemul se comportă în modul prezis de mecanica cuantică – este cuantizat, ceea ce înseamnă că absoarbe sau emite doar cantități specifice de energie.
„Este minunat să putem celebra modul în care mecanica cuantică, veche de un secol, oferă în permanență noi surprize. Este, de asemenea, extrem de util, deoarece mecanica cuantică este fundamentul întregii tehnologii digitale”, spune Olle Eriksson, președintele Comitetului Nobel pentru Fizică.
Tranzistorii din microcipurile computerelor sunt un exemplu al tehnologiei cuantice deja consacrate care ne înconjoară.
Impactul descoperirilor
Rezultatele acestor cercetări nu sunt doar teoretice. PotrivitAcademiei Regale Suedeze de Științe, laureații premiului Nobel pentru Fizică de anul acesta au deschis drumul către o nouă generație de tehnologii cuantice cum ar fi:
- Calculatoarele cuantice, mult mai rapide decât cele actuale
- Criptografia cuantică, care ar putea face comunicațiile complet sigure
- Senzorii cuantici, folosiți pentru măsurători extrem de precise.
Așa cum tranzistorii au făcut posibile computerele moderne, aceste descoperiri pot sta la baza tehnologiilor viitorului, mai arată comunicatul Comitetului Nobel.
John Clarke, născut în 1942 la Cambridge, Marea Britanie. Doctor în 1968 la Universitatea din Cambridge, Marea Britanie. Profesor la Universitatea din California, Berkeley, SUA.
Michel H. Devoret născut în 1953 la Paris, Franța. Doctorat în 1982 la Universitatea Paris-Sud, Franța. Profesor la Universitatea Yale, New Haven, CT și la Universitatea din California, Santa Barbara, SUA.
John M. Martinis, născut în 1958. Doctorat în 1987 la Universitatea din California, Berkeley, SUA. Profesor la Universitatea din California, Santa Barbara, SUA.
Programul pentru premiile Nobel din acest an
Anunţurile privind premiile Nobel 2025 au început luni, cu premiul pentru medicină, iar marți a fost anunțat premiul pentru fizică.
Anunțurile continuă miercuri cu cel pentru chimie şi joi cu cel pentru literatură.
Premiul Nobel pentru pace va fi anunţat vineri, iar Premiul Nobel pentru ştiinţe economice în 13 octombrie.
Premiile vor fi înmânate la 10 decembrie, când este marcată ziua morţii lui Nobel.
Fiecare premiu are o valoare de 11 milioane de coroane suedeze (aproape 1,2 milioane de dolari), iar câştigătorii primesc, de asemenea, o medalie de aur de 18 carate şi o diplomă. Până la trei laureaţi pentru fiecare premiu pot împărţi suma de bani.
- Vezi și: NOBEL 2025 | MEDICINĂ
Sursa: Nobelprize.org
